2-й семестр
ТЕПЛОВІ ЯВИЩА
4. Кількість теплоти. Теплові машини
Урок 21/63
Тема. Принцип дії теплових двигунів
Мета уроку: розглянути застосування закону збереження й перетворення енергії в теплових двигунах; пояснити учням будову і принцип роботи парової турбіни.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Демонстрації | 8 хв. | 1. Робота газу й пари при розширенні. 2. Будова й дія парової турбіни. 3. Фрагменти відеофільму “Парові |
Вивчення нового матеріалу | 30 хв. | 1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів. 2. Парова турбіна |
Закріплення вивченого матеріалу | 7 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. 3. Поміркуй і відповідай |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів
Внутрішньою енергією володіють всі тіла – земля, цеглини, хмари й так далі. Однак найчастіше вилучити її важко, а часом й неможливо. Найбільш легко на потреби людини може бути використана внутрішня
Розвиток техніки залежить від уміння використовувати величезні запаси внутрішньої енергії, що міститься в паливі. Використати внутрішню енергію – значить виконати за рахунок її корисну роботу, тобто внутрішню енергію необхідно перетворити в механічну.
З тих пір як людство пізнало природу теплової енергії, учені почали пошук способу перетворення теплової енергії в механічну.
Над винаходом теплових машин в XVII-XVIII століттях працювали англійці Томас Севері, Джеймс Уатт, Томас Ньюкомен, француз Дені Папен, росіянин Ілля Ползунов і багато інших учених.
Принцип роботи всіх теплових двигунів дуже простий: всі вони перетворюють внутрішню енергію палива в механічну енергію.
Але як перетворити внутрішню енергію в механічну?
Зміцнимо невелику колбу з вигнутою трубкою над спиртівкою, а пару, що виходить із трубки, спрямуємо на колесо з лопатями (див. рисунок). Ударяючи в лопаті колеса, струмінь пари приводить колесо в рух.
При цьому внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію колеса. У нашому досліді ми побудували найпростішу модель теплового двигуна.
Тепловими двигунами називають машини, у яких внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію. Розширення робочого тіла – найважливіший процес у роботі будь-якого теплового двигуна. За допомогою демонстрацій потрібно показати учням, що газ, який має надлишковий тиск порівняно з навколишнім середовищем, може виконати роботу розширення за рахунок зміни своєї внутрішньої енергії.
Звичайно в тепловому двигуні роботу виконує сила тиску нагрітого газу (пари) при розширенні. Цей газ (або пару) називають робочим тілом теплового двигуна. Нагрівають пару за рахунок згоряння палива. Таким чином, у тепловому двигуні відбуваються такі перетворення енергії:
1) при згорянні палива його внутрішня енергія перетворюється у внутрішню енергію нагрітої пари;
2) розширюючись, пара виконує роботу, при цьому внутрішня енергія пари частково переходить у механічну енергію.
2. Парова турбіна
Для перетворення теплової енергії в механічну на теплових й атомних електростанціях використовують парові турбіни.
В основу дії турбіни покладене обертання колеса з лопатями під тиском водяної пари або газу.
Парова турбіна – тепловий двигун, у якому внутрішня енергія водяної пари перетворюється в механічну енергію. Для одержання водяної пари служать спеціальні парові казани, у яких за рахунок спалювання палива одержують водяну пару за підтримання дуже великого тиску (до 3-107 Па)і дуже високої температури (до 600 °С).
Вище на рисунку був показаний принцип роботи парової турбіни. Струмені пари, що вириваються із сопел, чинять значний тиск на лопаті й приводять диск турбіни у швидкий обертовий рух.
У сучасних турбінах застосовують не один, а кілька дисків, насаджених на загальний вал. Пара послідовно проходить через лопаті всіх дисків, віддаючи кожній з них частину своєї енергії.
Поступово дедалі ширшого застосування здобувають газові турбіни, у яких замість пари використовуються продукти згоряння газу.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
Наведіть приклади перетворення внутрішньої енергії пари в механічну енергію.
Які двигуни називають тепловими?
Які види теплових двигунів вам відомі?
Що покладено в основу дії парової турбіни?
Які перетворення енергії відбуваються в паровій турбіні?
Назвіть основні елементи парової турбіни.
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Користуючись рисунком, розкажіть, з яких частин складається парова турбіна і як вона працює.
2. Чи змінюється тиск пари в соплах парової турбіни? Чи змінюється при цьому швидкість молекул пари?
Розв’язок. Тиск пари стає менше. Швидкість молекул збільшується. Як відомо, внутрішня енергія складається із суми потенціальної й кінетичної енергій молекул. При зниженні тиску потенціальна енергія молекул зменшується, вона перетворюється в кінетичну.
2). Поміркуй і відповідай
1. Чи відрізняється температура пари, що виходить із циліндра парової машини, від температури пари, що надходить у цей циліндр?
2. Яка форма механічної енергії пари – потенціальна чи кінетична – використовується в парових турбінах?
3. Чи належить вогнепальна зброя до теплових двигунів? Обгрунтуйте свою відповідь.
Домашнє завдання-1
1. У-1: § 28 (п. 1, 2).
2. Сб-1:
Рів1 – № 31.1, 31.2, 31.3, 32.9, 32.10.
Рів2 – № 31.13, 31.18, 32.14, 32.20, 32.21.
Рів3 – № 31.25, 31.26, 32.26, 32.27, 32.29.
Домашнє завдання-2
1. У-2: § 42 (п.1), 43 (п.1).
2. Сб-2:
Рів1 -№ 31.1, 31.2, 31.5, 31.6.
Рів2 -№ 31.10, 31.11, 31.17.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)